地球科学是地质学的一个重要分支，研究地球发展的历史和规律。也叫历史地质学。

20世纪50年代以前，地史主要是建立地层系统和地质时代，研究范围主要局限于大陆。自20世纪60年代以来，地球科学的研究范围已经扩展到海洋底部和地壳深部，并且由于涉及更多的学科，研究方法有了很大的改进。地史的研究内容主要包括沉积发展史、生物演化史和构造运动。地史研究可以为区域地质调查、矿产调查和勘探提供理论依据。

18世纪中期，德国的莱曼和意大利的阿尔杜伊诺将层状岩石分为原始层、第二层和第三层。1787年，德国地质学家沃纳将地层分为原始地层、过渡地层、覆盖层和冲积地层，分别大致相当于前寒武纪地层、古生代地层、中生代地层和新生代地层。

从19世纪20年代到80年代，法国的布朗尼亚德、英国的莫企逊、康尼贝尔、塞奇威克和莱尔先后将古生代和中生代划分为一个时期，将第三纪划分为世界。美国的Dana和Emmons分别提出了太古代和元古代。总体上形成了比较完整的地质时间表示，与现代使用的类似。

自19世纪初英国的史密斯提出根据化石划分地层的观点以来，人们逐渐了解了各个地质时代的生物特征。地质年代中古生代、中生代、新生代的名称，是根据生物界的大致面貌来命名的。

到20世纪初，英国的霍姆斯等人利用同位素衰变过程的独特稳定性来确定含有放射性元素的矿物和岩石的形成时代，从而确定地层的形成时代，为地质年代代表提供了年代学资料。20世纪50年代以前，对海水进退和海陆变迁的研究不仅局限于大陆地区，对海陆分布的认识也基本局限于固定的理论。20世纪60年代，古地磁的研究和板块理论的提出，将地球科学的研究扩展到了深海和地壳。

地球科学主要研究地壳表层岩石的形成时代、生物群的特征以及地层划分和对比的地层学和地质年代学。

生物进化是古生物学研究的基本内容。地质历史中的生物演化，重点是地球历史各个阶段生物界的兴衰，特别是各种生物门类由低到高逐渐产生、演化、衰落的过程。当然，古生态学的研究有助于确定沉积环境，生物地层学的研究一直是确定时代和进行对比的主要手段。自从20世纪30年代Holmes等人确定了地层岩石和矿物的年龄以来，地质年龄确定和生物地层划分的结合赋予了地质年龄表征一个特定的年龄值。

古地理学是研究地层的形成环境和空在不同环境中的分布特征的学科。整个地层系统是地球历史上沉积作用的物质记录；沉积物的性质反映了物质来源、沉积和形成环境的特征；沉积物的分布反映了剥蚀区和沉积区的轮廓，以及海陆分布特征。通过对比不同时期的地层沉积和分布剖面，可以得到古地理格局不断发展演变的概念，因此沉积的发展史也是古地理的发展史。

根据地层的沉积类型、物质成分的接触关系，以及岩浆活动和构造变动的历史大地构造，推断形成时的构造条件及其在地质历史中的时间空演化。沉积特征和古地理轮廓的变化实质上是地壳各部分构造运动的反映。

运动一直是地质史研究的重要组成部分。18世纪末，赫顿发现了地层间的不整合，并用造山运动或构造运动来解释。此后，人们通过地层的不整合认识了许多造山期及与之相关的岩浆侵入和变质作用。根据地层的成分和厚度以及构造运动和岩浆搅动的程度，人们逐渐建立了构造活动程度的概念。

大陆可分为构造活动区和稳定区，即传统地槽区和地台区。对这两个地区构造发展特征及其相互关系的研究就是构造运动史。根据各地区不同的构造运动历史，将地壳各地区划分为不同的构造单元，划分不同的构造阶段，这就是历史大地构造分析。历史构造分析日益成为地学研究的重要组成部分。

现代地球科学的研究范围延伸到空空间的海洋区域和南北极区域；可以追溯到40亿年前的早期地质历史；深入到上地幔，甚至是核幔关系。地球史学逐渐扩展成为整个地球史的学科。

地球科学的研究手段和方法涉及地质科学的许多分支，甚至地球物理学的相关学科。在意识形态上，地质演化的灾变或新灾变概念以及由此衍生的阶段论概念越来越受到重视。地理史学将朝着多学科相互渗透、更加综合的方向发展。